Questão Q04 da 2ª fase da FUVEST 2013
A reação do tetracloroetano (\ce{C2H2Cl4}) com zinco metálico produz cloreto de zinco e duas substâncias orgânicas isoméricas, em cujas moléculas há dupla ligação e dois átomos de cloro. Nessas moléculas, cada átomo de carbono está ligado a um único átomo de cloro.
a) Utilizando fórmulas estruturais, mostre a diferença na geometria molecular dos dois compostos orgânicos isoméricos formados na reação.
b) Os produtos da reação podem ser separados por destilação fracionada. Qual dos dois isômeros tem maior ponto de ebulição? Justifique.
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Resolução comentada
a) O tetracloroetano que perde dois átomos de Cl para o zinco forma o dicloroeteno. Como cada carbono fica com um só Cl, a estrutura é \ce{ClHC=CHCl} (1,2-dicloroeteno). A reação é:
O Zn retira um Cl de cada carbono, formando a dupla ligação. O tetracloroetano é \ce{Cl2HC-CHCl2}, e cada carbono tem 2 Cl, o que daria \ce{Cl2C=CH2} se os 2 Cl saíssem do mesmo carbono. O enunciado pede um Cl por carbono, então os dois Cl que saem vêm de carbonos diferentes.
A dupla ligação impede a rotação, então há dois isômeros geométricos (cis-trans):
- cis: os dois Cl do mesmo lado da dupla: \ce{Cl} e \ce{Cl} para cima, \ce{H} e \ce{H} para baixo. Na fórmula estrutural, \ce{Cl-C(H)=C(H)-Cl} com os dois Cl no mesmo lado do plano.
- trans: os Cl em lados opostos, um para cima e outro para baixo (H também em lados opostos).
Em ambos, a geometria em torno de cada C é trigonal plana (ângulos próximos de 120°). A diferença é a posição relativa dos átomos de Cl.
Resposta: os isômeros são cis-1,2-dicloroeteno (Cl no mesmo lado da dupla) e trans-1,2-dicloroeteno (Cl em lados opostos).
b) Os dois isômeros têm a mesma massa molar, então a diferença de ponto de ebulição vem da polaridade.
No isômero cis, os dois momentos de dipolo das ligações C–Cl apontam para o mesmo lado e se somam. A molécula é polar (\mu_R \neq 0), e as interações dipolo-dipolo entre as moléculas são relativamente intensas.
No isômero trans, os dois dipolos C–Cl têm mesmo módulo e sentidos opostos, e se anulam. A molécula é apolar (\mu_R = 0), e só há forças de dispersão de London, mais fracas.
Interações intermoleculares mais fortes exigem mais energia para vaporizar, então o isômero cis tem maior ponto de ebulição (cerca de 60 °C, contra cerca de 48 °C do trans).
Resposta: o isômero cis tem maior ponto de ebulição, porque é polar e faz dipolo-dipolo, enquanto o trans é apolar.
Assuntos: isomeria geométrica, polaridade e forças intermoleculares, reações orgânicas de eliminação.
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